JPS62276215A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野コ 本発明は燃焼室内に直接燃料を供給する内燃機関の燃焼
室に係り、特に軽油をはじめとしてアルコール、ガソリ
ン等の低ヒタン価・揮発性燃料油を燃料として使用でき
る内燃機関の燃焼室に関する。

［従来の技術］ 軽油をはじめとしてアルコール、ガソリン等の低セタン
価・揮発性燃料油を燃料として燃焼させることのできる
内燃機関の燃焼室としては、本出願人の先の提案（特願
昭５９−２１０５１９号）の直噴式ディーゼルエンジン
燃焼室がある。

第４図に示されるこの提案はピストン頂部ａに互いに連
通されて並設される主燃焼室すと酢１燃焼室Ｃとを窪ま
せて形成し、それら燃焼室す、ｃのそれぞれに燃料を噴
射する燃料噴射ノズルｑを配設して直噴式ディービルエ
ンジン燃焼室を構成するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記提案の燃料噴射ノズルｑのＤ１噴口は副
燃焼室Ｃの内壁ｄに沿うように向けられているため、圧
縮空気熱及び壁熱によって蒸発される燃料もまた、副燃
焼室Ｃの内壁ｄに沿って下流側へ流されていた。このた
め蒸気と空気との混合気ｍに点火させるためにはスパー
クプラグを内壁ｄにできるだけ近づける必要がある。し
かし、一般のスパークプラグを使用する限り、燃料噴射
量に応じてスパークプラグの失火率が高くなって燃費を
低下させると共に、メタノール、アルデヒドの排出がみ
られ問題点として残されている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決することを目的としており、
本発明はビス］・ン頂部に互いに連通して並設される主
ｍ焼空と副燃焼室とを窪ませて形成すると共に、そのＤ
１燃焼室の内壁を径方向外方へ窪まＵてコーナ部を形成
し、そのコーナ部のスワール方向上流側近傍の内壁に副
噴口を、上記主燃焼室内に主噴口をそれぞれ臨ませて燃
料噴射ノズルを配設して内燃機関の燃焼室を構成するも
のである。

し作　用］ 燃料噴射ノズルの副噴口からの噴射燃料は、微粒化され
て副燃焼室の内壁に衝突することにより、衝突された燃
料がコーナ部へ反射する。副燃焼室のコーナ部はスワー
ルに対する影響を受けにくいため、そのコーナ部の混合
気の空燃比をリッチにできる。このため、コーナ部より
着火が起りａ１燃焼室の他部に分布された噴霧を燃焼さ
せることができ、主燃焼室で生成される混合気に確実に
火炎伝播させることができる。ゆえに燃焼としては比較
的急速燃焼となるために燃焼平均温度が上界してメタノ
ール、アルデヒドの排出が抑えられ、燃費を良くするこ
とができる。

［実施例コ 以下にこの発明の内燃機関の燃焼室の好適一実施例を添
付図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図に示す１は内燃機関のシリンダ（図示
せず）内に、そのシリンダに沿って往復動自在に収容さ
れるピストン、２はそのピストン１の頂面を形成するピ
ストン頂部、３は主燃焼室、４は副燃焼室である。

図示されるようにピストン１のピストン頂部２には、そ
のピストン１の軸方向に沿って主燃焼室３が窪まされて
設けられている。また、ピストン頂部２には、上記主燃
焼室３に並行に、副燃焼室４が窪まされて設けられてお
り、この実施例ではピストン１の軸芯を通る垂直断面は
主燃焼室３が円形の上部を１１頭された形状で、副燃焼
室４が四角形状を呈し、且つピストン頂部２に対して平
行な水平断面は、主燃焼室３が円形に、副燃焼室４が例
えば三角、四角、三角等の多角形状になるように形成さ
れる。即ち、ＤＩ燃焼室４の内壁４ａを径方向外方に窪
ませて１以上のコーナ部６を形成することによって多角
形状の副燃焼室４が得られることになり、本実施例では
四角形となっている。

窪み深さについては、ａ１燃焼苗４が主燃焼室３に対し
て浅く窪まされ、容積については、副燃焼室４の容積が
主燃焼室３の容積に対して小さく形成されている。主燃
焼室３と副燃焼室４との間で互いに共有する周側壁を成
すバンク部５には、そのバンク部５の上部に、主燃焼室
３と副燃焼室４とを連通ずる連通路７が形成される。

この実施例にあって連通路７は、主燃焼室３の中心軸ｏ
１と、副燃焼室４の中心軸ｏ２とを、互いにピストン１
の中心方向に移動させることによつて形成される。即ち
、移動される距離に応じて、主燃焼室３と副燃焼室４と
の共有するバンク部５のラップ度合が大きくなり、上記
バンク部５の上部にラップに応じた面積の連通路７が形
成されることになる。

以上のように、ピストン頂部２には、互いに連通されて
、上部が開放された主燃焼室３と副燃焼室４が並設され
る。またこれら主燃焼室３及び副燃焼室４には、開口上
部に、その上部開口縁９ａ。

９ｂに沿って半径方向内方に適宜突出され、各燃焼室３
．４内にそれぞれ独立したスワールＳ＋　。

Ｓ２とスキッシュとを生成するためのリップ部２５ａ、
２５ｂが形成されている。

燃料噴射ノズルは、この実施例では例えば第３図の形式
が採用される。

図示されるように燃料噴射ノズル１２はシリンダヘッド
（図示せず）に一体内に収容される筒体状のノズルボデ
ィ１３と、そのノズルボディ１３内の先端側に形成され
た弁座１４に対して、そのノズルボディ１３内に昇降自
在に収容され、上記弁座１４に着座されたときに後述す
る噴口を閉じるスロットル部１８を有する針弁１５と、
上記弁！！１４に間口された副噴口１６と、上記針弁１
５がその副噴口１６のみを間とする所定リフト値を越え
たときに開放されるノズルボディ１３先端に開口された
主噴口１７と、上記針弁１５の対面する上記ノズルボデ
ィ１３内の上部の収容部２６を拡径して形成され、燃料
噴射ポンプ（図示せず）からの供給燃料油圧に応じて上
記針弁１５の上部スロットル部（図示せず）に燃料油圧
を作用させて、その針弁１５のリフト値を調節する燃料
油室（図示せず）とから主に構成される。副噴口１６の
噴口直径ｄ１は主噴口１７の噴口直径ｄ２に対して極め
て小さく形成されており、主噴口１７が、貫徹力と拡散
性の大ぎな燃料噴霧を噴出するように構成されるのに対
して、副噴口１６は、微粒化によって貫徹力を弱めて蒸
発性を向上させることと、燃料噴霧の方向を確実に設定
できるように構成される。

いいかえれば主噴口１７に対して副噴口１６が先行して
開放されるように構成された、いわゆるビントークスタ
イプのものとなっている。

燃料噴射ノズル１２は、第１図及び第２図に示すように
、噴口側が上記連通路７に臨んでシリンダヘッド（図示
せず）に一体内に配設されており、副噴口１６が副燃焼
室４内に、主噴口１７が主燃焼室３内に臨ませられ且つ
、それら主・副噴口１７．１６は、各燃焼室３．４内の
スワールＳ＋　。

Ｓ２の順方向で各燃焼室３．４の中心０＋　、０２ヨリ
外方ノ各燃焼室３．４の内壁３ａ、４ａｋ：１１ませら
れている。

さらに、副噴口１６の噴口方向は、これより噴射される
微粒化燃料噴霧ｆ１が衝突後、反射する方向にコーナ部
６があるように設定される。したがって微粒化懲料噴ｎ
ｆ１と内壁４ａとが成す反射側の角は鈍角θとなってい
る。

さて、上記燃料噴射ノズル１２から噴射される燃料が低
セタン価・揮発性燃料油である場合にスパークプラグ３
０が設けられる。

第１図及び第２図に示されるように、スパークプラグ３
０は副噴口１６からの微粒化燃料噴霧ｆ１の下流側で且
つコーナ部６近傍にプラグギＶツブ部ＰＧが位とされる
ように、シリンダヘッド（図示せず）に一体内に収容さ
れている。

以下に本発明の内燃機関の燃焼苗の作用を添付図面に基
づいて説明する。

機関始動時または低負荷時には、燃料噴射ノズル１２の
副噴口１６から副燃焼室４内に低セタン価燃料の微粒化
燃料噴霧ｆ１が噴出される。その燃料噴ｎ　ｆ　１　は
、副燃焼室４の内壁４ａに衝突されて、さらに微粒化さ
れながら反射し下流側のコーナ部６に分布されてそのコ
ーナ部６及びその近傍に空燃比の小さい可燃性混合気ｍ
１を生成することになる。

ここで、噴出された低セタン価燃料の一部は、粒径が小
さいため上記スワールによって瞬時に蒸発されて可燃性
混合気ｍ１が容易に生成される。

上記スパークプラグ３０によって点火が行なわれると、
コーナ部６に捕捉された可燃性混合気ｍ１が着火し、燃
焼されることになる。この着火により、火炎が副燃焼室
４内の着火位置より、副燃焼室４内の他の混合気に急速
に伝播して燃焼させる。低温始動時にあっては、コーナ
部６の可燃性混合気ｍ１の空燃比を調整することによっ
て、点火の制御が可能である。

つまり低温始動時にあっての針弁１５は、スタータによ
る内燃機関駆動時の噴射ポンプの回転数が５０ｒｐ、ｍ
　〜１５０ｒＨ＋に設定される、いわゆる過剰供給状態
（全負荷時よりも多い状態）にありながら燃料流速が極
低速のために、副噴口１６のみを開放させる低いリフト
値に保つことができる。これにより副燃焼室４内には、
微粒化燃料噴ｎ　ｆ　１　を多量に供給することができ
る。したがって副燃焼室４の内壁４ａと副噴口１６とが
成す反射側の角を鈍角にする限り、下流側のコーナ部６
には空燃比の小さいリッチな可燃性混合気ｍ１が生成で
きる。

また副燃焼室４はバンク部５を介して主燃焼室３と隔て
られていることと副燃焼室４内のスワールＳ２によって
ＤＪ燃焼室４内に燃焼ガスの大半が閉じ込められること
から、主燃焼室３内に可燃性Ｕ合気ｍ１を逃すことなく
　ｉＷＩ燃焼室４内を所定の空燃比に設定できることに
なる。このためアルコール等の低セタン価・揮発性燃料
油を、副燃焼室４内で比較的に急速燃焼させることがで
きる。これによって燃焼温度が上昇し、青白煙の発生及
び燃焼未燃物（ＩＩｃ）の生成を抑制できることになり
、低負荷時には、ｕ１燃焼室４内の燃焼平均温度が上昇
し、その結果、青白煙の発生及び燃焼未燃物（１１８）
そしてアルデヒド、メタノールの生成を抑ｆｔ、Ｉｊで
きる。

ざらに、高負向時に於いては、上記主噴口１７よりも主
燃焼室３の内Ｗ３ａに向けて、且つスワールＳ１の下流
方向に向けて第１図、第２図に示す如く燃料噴ｎ　ｆ　
２が噴射される。主燃焼ｖ３には、主噴口１７からの燃
料噴ｎ　ｆ　２が主燃焼室３の内壁３ａに向けて噴射さ
れるため、その内壁３ａに沿ってスワールＳ１の下流側
に流れる噴霧層Ｆ２を生成する。この噴霧層Ｆ２はａ１
燃焼室４の燃焼エネルギと高温圧縮空気及び内壁熱によ
り、主燃焼室３内に可燃性混合気ｍ１を生成する。この
混合気ｍ１が副燃焼室４の火炎を伝播されて良好に燃焼
される。その際に、主噴口１７より噴射される燃料の粒
径は副噴口１６より噴射される燃料の粒径よりは大径で
あり、貫徹力が大ぎいことから、蒸発燃料と圧縮空気と
が混合して生成される可燃性混合気ｍ１を主燃焼室３内
に過剰に生成することがなく、これが着火しても主燃焼
室３内では急激燃焼が行なわれない。従って、可燃性混
合気ｍ１が着火することによって発生された熱により残
りの噴Ｎ層Ｆ２を速やかに蒸発せしめ、この蒸気が燃焼
していき緩慢な燃焼が行なわれることになり、これによ
って急激な主燃焼室３内の圧力上昇は抑制され、さらに
騒音を低減できる。また高負荷になる程主噴口１７より
噴射される燃料は増加し、最大では９０％以上噴射され
ることになるので上記作用は確実に達成され、ｉ５Ｊ燃
焼室４より流入する火炎によって確実に着火燃焼が行な
われる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明の内燃Ｒｒ
ＩＡの燃焼室によれば次の如き優れた効果を発揮できる
。

副燃焼室を径方向外方へ窪ませてコーナ部を形成し、そ
のコーナ部に空燃比の小さな可燃性混合気を生成できる
ようにしたので、あらゆる使用負荷運転領域にあっても
軽油に限らず低セタン価・揮発性燃料油をａ１燃焼室で
の失火を抑えて安定燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の燃焼室の好適−実論例を示
す平面図、第２図は第１図のＩｔ−Ｉｔ線矢祝断面図、
第３図は燃料ｌ１１１射ノズルを示す部分断面図、第４
図は従来の直噴式ディーゼルエンジン燃焼室を示す概略
図である。 図中、１はピストン、２はピストン頂部、３は主燃焼室
、４は副燃焼室、６はコーナ部、１２は燃料噴射ノズル
、１６は副噴口、１７は主噴口、３０はスパークプラグ
である。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン頂部に互いに連通して並設される主燃焼
   室と副燃焼室とを窪ませて形成すると共に、その副燃焼
   室の内壁を径方向外方へ窪ませてコーナ部を形成し、該
   コーナ部のスワール方向上流側近傍の内壁に副噴口を、
   主燃焼室内へ主噴口をそれぞれ臨ませて燃料噴射ノズル
   を配設したことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
2. （２）上記副燃焼室がピストンの軸芯に対して水平方向
   の断面を多角形状に形成された上記特許請求の範囲第１
   項記載の内燃機関の燃焼室。
3. （３）上記副燃焼室がピストンの軸芯に対して水平方向
   の断面を三角、四角、五角形状に形成され、少なくとも
   一つのコーナ部が、その近傍にスパークプラグを配設さ
   れて、そのスパークプラグより上流側の近傍の内壁に上
   記副噴口が臨ませられた上記特許請求の範囲第１項記載
   の内燃機関の燃焼室。
4. （４）上記コーナ部よりスワール方向上流側の内壁に臨
   ませられる副噴口の噴口方向が、これより噴射されて反
   射される燃料噴霧が上記コーナ部に分布されるように設
   定された上記特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   内燃機関の燃焼室。
5. （５）上記副噴口が主噴口に対して先行して開放される
   ように構成された上記特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関の燃焼室。
6. （６）上記副燃焼室の容積が主燃焼室の容積に対して小
   さく形成された上記特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の燃焼室。